Ing. Mihaela Emilia OLEKSIKdoctorate.ulbsibiu.ro/wp-content/uploads/Oleksik-rezumat_romana.pdf ·...

InvesProieResuAxa psocieDomeTitlul Cod CBenef

steşte în oact cofinanţatrselor Umaneprioritară nr.

etăţii bazate peniul major dproiectului: I

Contract: POSficiar: Univer

R

CERP

MATE

ameni t din Fondul Se 2007 – 2013

1: „Educaţiape cunoaşteree intervenţie Integrarea ceSDRU/88/1.5/rsitatea „Luci

REZ

RCETĂPRIVIN

ERIALE

Social Europ3 a şi formareae” 1.5.: „Progra

ercetării româ/S/60370 ian Blaga“ di

UMADO

ĂRI TEOND COMELOR C

Ing. M

PROF.

1

pean prin Pro

a profesiona

ame doctoralâneşti în cont

n Sibiu

Sibi-2014

ATUOCT

ORETICMPORTCOMPO

ihaela E

CON. DR. IN

ogramul Oper

lă în sprijinu

le şi post-doctextul cercetă

u 4-

UL TTORA

CE ȘI ETAREAOZITE C

milia OL

DUCĂTNG. NICO

Rez

raţional Secto

ul creşterii ec

ctorale în sprării europene

TEZEAT

EXPERA MECACU SUP

LEKSIK

TOR ŞTIOLAE F

zumatul teze

orial pentru D

conomice şi

rijinul cercetăe-burse docto

EI D

RIMENTANICĂ PORT

INŢIFICFLORIN

i de doctorat

Dezvoltarea

dezvoltării

ării ” orale

E

TALE A TEXTIL

C: COFAR

UniversitatLucian Blaga

Sibiu

t

L

RU

tea a din

Rezumatul tezei de doctorat

2

CUPRINS - REZUMAT

1. INTRODUCERE ............................................................................................ 3

2. STADIUL ACTUAL ÎN DOMENIUL MATERIALELOR COMPOZITE

ARMATE CU ȚESĂTURI. OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT ................. 4

3. COMPORTAREA MECANICĂ A ȚESĂTURILOR UTILIZATE LA

REALIZAREA COMPOZITELOR CU STRUCTURĂ TEXTILĂ ........................ 6

4. SIMULAREA COMPORTĂRII MECANICE A MATERIALELOR

COMPOZITE CU SUPORT TEXTIL ................................................................. 7

5. METODOLOGIA CERCETĂRII EXPERIMENTALE ŞI INSTALAŢIILE

EXPERIMENTALE UTILIZATE ........................................................................ 11

6. CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND COMPORTAREA

MATERIALELOR COMPOZITE CU SUPORT TEXTIL .................................... 13

7. CONCLUZII FINALE. PRINCIPALELE CONTRIBUȚII ORIGINALE ALE

LUCRĂRII ......................................................................................................... 21


3

1. INTRODUCERE

Prezenta teză de doctorat își propune un studiu, din punct de vedere al

comportării mecanice, asupra materialelor compozite care au ca suport țesătura de

poliamidă PA 6.6 cunoscută și sub denumirea comercială de nylon și influența

materialului cu care aceasta se impregnează (siliconul în cele mai multe situații)

asupra proprietăților mecanice ale acestor materiale. Aceste materiale compozite

sunt materialele care sunt utilizate cel mai des la realizarea airbagurilor

autovehiculelor. Cunoscând importanța pe care producătorii de autovehicule o dau

siguranței, am considerat că este necesară elaborarea unui astfel de studiu cu privire

la comportarea lor din punct de vedere mecanic dar și oferirea de soluții noi în ceea

ce privește materialele care se pot utiliza în viitor. Așa cum este deja cunoscut

producătorii de airbaguri ar dori schimbarea siliconului cu alte materiale iar teza de

față studiază și comportarea din punct de vedere mecanic a altor materiale

nanocompozite care au la bază tot țesătura de poliamidă PA 6.6 dar sunt realizate

prin depunerea de nanoparticule de diferiți oxizi pe fibrele care compun firele de

poliamidă. Tot în cadrul cercetărilor cuprinse în această teză se dorește stabilirea

influenței pe care o au concentratorii de tensiune (diferitele orificii perforate) asupra

comportării mecanice ale materialului din care este realizat airbagul. Pentru a pune în

evidență comportarea mecanică a acestor materiale compozite au fost realizate

încercări nu doar asupra materialelor țesute acoperite sau neacoperite ci și asupra

firelor de poliamidă din care sunt realizate țesăturile.

La ora actuală în procesul de proiectare, utilizarea computerului este

indispensabilă, reușindu-se reducerea timpului dintre proiectarea unui model de

autovehicul și realizarea fizică a lui la 6 luni față de 6 ani cât erau necesari nu mai

departe de sfârșitul secolului trecut. Desigur, în acest proces activitățile de desenare

cu ajutorul calculatorului (CAD) sunt deosebit de importante, avantajele utilizării unui

astfel pachet de programe fiind binecunoscute. Nu trebuie însă diminuată importanța

celorlalte componente care compun un sistem integrat de proiectare asistată și mai

ales importanța utilizării programelor de simulare numerică în procesul de verificare.

Cea mai cunoscută și totodată cea mai utilizată dintre metodele numerice

implementate este metoda elementului finit. Dacă programele de simulare numerică

de acum câțiva ani permiteau realizarea doar a unor simulări statice cu un număr de

noduri limitate, acum, odată cu apariția calculatoarelor puternice cu procesoare cu

mai multe nuclee și cu memorie RAM suficientă, este posibilă rularea în timpi decenți

a unor analize dinamice explicite sau implicite care să permită evidențierea


4

comportării în timp nu doar din punct de vedere mecanic ci și termic, electric etc. Așa

cum spuneam, producătorii de autoturisme pun la ora actuală accentul din ce în ce

mai mult pe siguranță iar acest lucru se observă și prin utilizarea acestor programe

de simulare având la bază metoda elementului finit în studiile de crash. Ori în toate

aceste studii este necesară simularea comportării airbagurilor. Pentru a beneficia de

rezultate cât mai aproape de adevăr în urma acestor analize este necesară definirea

cu precizie a proprietăților de material și a comportării acestor materiale.

Teza de față își propune și stabilirea unei metode, eficiente și cât mai rapide,

pentru determinarea datelor de material ale airbagurilor utilizate în simulările

numerice dinamice explicite, element de mare importanță în momentul de față. La

baza acestei metode a stat analiza inversă aplicată tot cu ajutorul metodei

elementului finit.

2. STADIUL ACTUAL ÎN DOMENIUL MATERIALELOR COMPOZITE

ARMATE CU ȚESĂTURI. OBIECTIVELE TEZEI DE DOCTORAT

Capitolul 2 prezintă stadiul actual în domeniul materialelor compozite armate cu

țesături. Un prim subcapitol prezintă tipurile de materiale care intră în componența

acestor materiale compozite. Sunt apoi prezentate într-un subcapitol distinct modurile

macro și mezo de deformare ale materialelor țesute. Cele patru moduri numite

macro-nivele de deformare moduri pentru materialele compozite armate cu țesături

sunt: compresiunea transversală, întinderea plană, forfecarea și încovoierea. Nivelul

macro studiază deformațiile privind materialul compozit ca pe un întreg. Mezo-nivelul

de deformare există datorită interacțiunii interne a firelor care compun țesătura. Cele

opt moduri de deformare de pe nivelul mezo sunt: frecarea între fire, forfecare între

fire, încovoierea între fire, flambajul firului, frecare internă (între fibre), întinderea din

fir, compresiunea firului și răsucirea firului. Deoarece prezenta teză de doctorat are

ca scop studiul materialelor compozite armate cu țesături care întră în componența

airbag-urilor, un procent important din stadiul actual este destinat acestor tipuri de

materiale compozite. După o scurtă prezentare a istoricului airbagurilor, sunt trecute

în revistă tehnologiile de realizare a acestor componente care garantează siguranța

pasagerilor în autovehicule.

Sunt prezentate cerințele tehnice pe care trebuie să le îndeplinească airbag-

urile, și anume: capacitate bună de împăturire, reziliență, rezistență la temperaturi

ridicate, permeabilitate scăzută la aer, rezistență ridicată la solicitări dinamice,

greutate scăzută a țesăturii, rezistență ridicată a țesăturii, rezistență bună la

abraziune și stabilitate la îmbătrânire. Este prezentat în continuare un istoric al

utilizării firelor de poliamidă la realizarea airbagurilor dar și al utilizării siliconului ca și


5

material de acoperire. Într-un subcapitol distinct sunt prezentate modelele mecanice

reprezentative ale țesăturilor, respectiv modelul lui Pierce și modelul lui Kawabata.

Două subcapitole distincte ale stadiului actual sunt destinate identificării principalelor

cercetări în domeniul simulării prin metoda elementului finit al comportării materialelor

compozite utilizate la realizarea airbagurilor și ale principalelor cercetări

experimentale pentru aceleași materiale. Stadiul actual se încheie cu un subcapitol

care stabilește obiectivele tezei de doctorat.

Pe baza stadiului actual în domeniu am stabilit obiectivele tezei de doctorat

după cum urmează:

1. Sintetizarea informațiilor prezente în stadiul actual în vederea identificării: tipurilor

de țesături utilizate la realizarea airbag-urilor, a proprietăților mecanice și

funcționale pe care acestea trebuie să le îndeplinească în scopul utilizării lor la

fabricarea airbag-urilor și a materialelor utilizate la realizarea acestor țesături;

2. Elaborarea unui studiu teoretic privind comportarea mecanică a țesăturilor

folosite la realizarea airbag-urilor la solicitările la care acestea sunt supuse în

mod convențional în funcționare: solicitarea la întindere uniaxială, solicitarea la

întindere biaxială și solicitarea la forfecare;

3. Modelarea geometrică tridimensională la nivel mezoscopic a mai multor tipuri

de țesături și verificarea comportării mecanice pe baza unor simulări numerice

folosind metoda elementului finit în domeniul static a acestora la diferite tipuri

de solicitări (întindere uniaxială și biaxială);

4. Realizarea unor simulări numerice dinamice explicite pentru solicitări la

întindere uniaxială și forfecare la nivel macroscopic pentru materiale

compozite realizate din țesături impregnate;

5. Conceperea unei metode noi, bazate pe analiza inversă și metoda elementului

finit, în scopul identificării cu o precizie cât mai ridicată a caracteristicilor

mecanice ale materialelor compozite realizate din țesături impregnate;

6. Proiectarea și realizarea unor standuri experimentale dar și modificarea unor

standuri existente care să contribuie la realizarea cercetărilor experimentale

pe materialele compozite impregnate sau pe țesăturile neimpregnate;

7. Realizarea de cercetări experimentale pentru identificarea caracteristicilor

mecanice a firelor care stau la baza materialelor compozite armate cu țesături

la diferite viteze de încercare și temperaturi diferite de încercare;

8. Elaborarea unor studii comparative bazate pe cercetări experimentale privind

comportarea materialelor textile țesute acoperite și neacoperite și privind

influența concentratorilor de tensiune asupra acestor materiale;

9. Realizarea unui studiu bazat pe cercetări experimentale privind posibilitatea înlocuirii

siliconului ca material de acoperire cu alte tipuri de oxizi la fabricarea airbag-urilor.


6

3. COMPORTAREA MECANICĂ A ȚESĂTURILOR UTILIZATE LA REALIZAREA COMPOZITELOR CU STRUCTURĂ TEXTILĂ

Capitolul trei prezintă tipurile de țesături care sunt utilizate la fabricarea materialelor

compozite care au ca suport materiale textile. Ţesătura este un produs textil care se

obţine prin încrucişarea sub unghi drept a două sisteme de fire, urzeala şi bătătura, într-

o anumită ordine. Modul în care se încrucişează firele de urzeală cu cele de bătătură se

numeşte legătură. Tot în cadrul acestui capitol este prezentată clasificarea țesăturilor

după mai multe criterii: după natura materiei prime, după destinaţie, după procesul

tehnologic de ţesere sau finisare și după lăţimea maşinii de ţesut.

Un alt subcapitol al tezei de doctorat prezintă proprietățile țesăturilor utilizate la

realizarea airbagurilor și anume: proprietățile fizice, mecanice și funcționale. Un al

treilea subcapitol este destinat tipurilor de legături fundamentale utilizate la

materialele țesute folosite drept suport pentru airbaguri.

Legăturile fundamentale sunt legături la care, în limitele raportului de legare,

fiecare fir de urzeală are un singur punct de legare cu firele de bătătură şi fiecare fir

de bătătură are un singur punct de legare cu firele de urzeală.

Legătura este definită prin două elemente importante: raportul de legare şi

deplasarea. Deplasarea reprezintă distanţa punctului de legare a unui fir în raport cu

punctul de legare a firului precedent.

Legăturile fundamentale prezentate în teza de față sunt:

- legătura pânză, cu raportul 2/2;

- legătura diagonal, cu cel mai mic raport: 3/3;

- legătura atlas, cu cel mai mic raport: 5/5.

Subcapitolul patru al acestui capitol sunt prezentate teoriile care descriu

raporturile neliniare dintre tensiune și deformație ale țesăturilor, concentrându-se

asupra materialelor țesute în detrimentul celor tricotate.

După cum se știe, comportamentul mecanic al țesăturilor și tricoturilor este, în

general, un comportament neliniar. Trebuie observat faptul că țesăturile și tricoturile

sunt alcătuite din fire și inițial au o mare flexibilitate. Există două motive care explică

această flexibilitate. Primul este flexibilitatea firului însuși, a cărui structură constă din

fibre paralele subțiri la care mișcarea fibrelor individuale este limitată doar de

frecarea dintre fibre în timpul solicitării. Celălalt motiv îl constituie faptul că structura

țesăturilor și tricoturilor constă din fire împletite fără vre-un tip de fixare în locurile

unde se intersectează. Aceasta înseamnă că deplasarea fibrelor și firelor în această

structură în timpul aplicării solicitării este complexă și că proprietățile mecanice ale

acestora trebuie considerate ca un ansamblu structural, și nu ca un continuum de

material. Pentru o mai bună înțelegere a comportării mecanice a țesăturilor în teză, este

prezentat modelul matematic al lui Kawabata, model care este implementat și în


7

programele comerciale de simulare prin metoda elementului finit. Acest model are la

bază teoria alungirii biaxiale a firelor.

Procesul de solicitare al țesăturilor este divizat în două etape. Prima etapă este

cea de încovoiere, în care firul este solicitat la încovoiere pură, fără a fi solicitat și la

întindere. Cea de-a doua etapă e cea în care firul încovoiat este solicitat la întindere

în punctele de legătură dintre urzeală și bătătură. Din combinarea celor două tipuri

de solicitări și pe baza tensiunilor apărute în firele țesăturii se obține relația completă

tensiune-deformație pentru aceste materiale textile. Sunt luate în considerare două

cazuri și anume: cazul firului incompresibil și cel al firului compresibil. În final este

introdusă în model și teoria deformării prin forfecare. Principala caracteristică a

teoriei deformării prin forfecare este dată de momentul de torsiune care apare la

intersecția firelor țesute. Acesta apare în procesul țeserii ca urmare a necesității

schimbării unghiului dintre bătătură și urzeală.

Ultimul subcapitol al acestui capitol este destinat concluziilor. Studiul mecanicii

materialelor ţesute a fost aplicat la studiul la orice de la dirijabile la protecţii antiglonţ.

Metoda celulei unitare a lui Kawabata s-a dovedit a fi eficientă în a evalua

comportarea mecanică la încercarea la tracţiune a ţesăturilor, dar predicţia

comportării la forfecare a avut mai puţin succes. Abordările de tip continuu sunt uşor

de implementat pentru analiza structurilor, dar necesită un mare volum de încercări

pentru a reda natura anizotropică şi neliniară a ţesăturii. Modele de element finit 3D

oferă cele mai multe detalii privind comportarea mecanică a ţesăturii, dar sunt foarte

solicitante din punct de vedere al necesarului de calcul pentru a modela structuri

mari. Tehnicile de vârf actuale oferă un compromis favorabil între metodele cu celulă

unitară mecanicistă şi analiza cu element finit, care oferă precizie şi detaliu fără o

calibrare extensivă a constantelor elastice.

4. SIMULAREA COMPORTĂRII MECANICE A MATERIALELOR

COMPOZITE CU SUPORT TEXTIL

Capitolul patru este destinat simulărilor numerice prin metoda elementului finit.

În prima parte a acestui capitol au fost realizate analize numerice folosind metoda

elementului finit aplicată la nivel mezoscopic (la nivelul firelor care compun țesătura)

iar în a doua parte analize la nivel macroscopic, considerând materialul compozit ca

un tot unitar.

Pentru studiul comportării mecanice a diferitelor tipuri de țesături am preferat să

folosesc metoda elementelor finite, într-o primă etapă, aplicată la o analiză statică, la

nivel mezoscopic. Am ales această metodă deoarece îmi permite realizarea unui

studiu comparativ între diferitele tipuri de țesături în ceea ce privește valorile

depl

valoa

6.6 ș

coco

mes

face

cons

deoa

cant

au fo

defe

defe

țesăt

mult

men

echiv

noda

anal

Fig.pânză

Fig.satin

asărilor no

are a solic

și anume ț

oș. Discret

h" dar au fo

tranziția de

Toate an

strângerile

arece ana

titate de m

fost: patru

cte), patru

cte), trei a

tura picior d

te fire aflate

Rezultate

ționate an

valentă Vo

ale [mm]. S

iza de întin

. 1 Variația dă supusă so

. 3 Variația dn supusă soli

odale, a d

citării. În ac

țesătura de

izarea mod

fost controla

e la elemen

nalizele de

aplicate s

alizele dina

emorie co

analize de

analize de

nalize de î

de cocoș).

e pe pe o d

ele care au

terior la a

n Mises [M

Succesiune

ndere biaxia

deplasărilor nlicitării de înt

deplasărilor nicitării de înti

deformațiilo

cest scop a

e tip pânză

delului în

ate mărime

ntele de dim

erulate au

sunt indep

amice nec

nsiderabilă

e întindere

e întindere

întindere un

Defectele

direcție pe

u fost eva

nalizele de

MPa], deform

ea de figuri

ală pentru c

nodale la o țetindere biaxia

nodale la o țeindere biaxia

8

or specific

au fost mod

ă, țesătura

elemente

ea maximă

mensiune m

u fost ana

pendente

cesitau o c

ă din parte

uniaxială

biaxială pe

niaxială pe

realizate c

rpendicula

luate pent

e tip static

mația echiv

1 ... 4 prez

cele patru t

esătură ală [mm]

esătură ală [mm]

ce și a te

delate patr

a coș, țesă

finite s-a

ă a element

mare la cel

alize de ti

de timp. S

cantitate d

ea sistemu

pentru ce

entru cele

entru trei tip

constau în

ară pe direc

ru fiecare

c la nivel m

valentă Vo

zintă rezult

tipuri de țes

Fig. 2 Variațcoș supusă

Fig. 4 Variațpicior de co

Rez

ensiunilor p

u tipuri de

ătura satin

efectuat fo

tului precum

e de dimen

ip static,

S-a ales a

de timp m

lui de calc

le patru tip

patru tipur

puri de țes

n întrerupe

cția de sol

tip de țes

mezoscopi

n Mises [m

atele depla

sături anali

ția deplasărisolicitării de

ția deplasăriocoș supusă

biaxială

zumatul teze

prezente l

țesături de

și țesătura

olosind me

m și modul

nsiune mică

la care s

acest tip d

mult mărită

ul. Analize

puri de țes

ri de țesătu

ături cu de

rea unuia

icitare.

sătură din

c au fost:

mm/mm] și d

asărilor nod

zate.

lor nodale laîntindere bia

lor nodale la solicitării deă [mm]

i de doctorat

a aceeași

e poliamidă

a picior de

etoda "free

în care se

ă.

sarcinile și

de analiză

ă dar și o

le realizate

sături (fără

uri (tot fără

efecte (fără

sau a mai

cele patru

tensiunea

deplasările

dale pentru

o țesătură axială [mm]

o țesătură e întindere

t

i

ă

e

e

e

i

ă

o

e

ă

ă

ă

i

u

a

e

u


9

În urma derulării analizelor statice pentru solicitarea la întindere uniaxială, se

pot trage următoarele concluzii: valoarea maximă a tensiunii echivalente Von Mises

apare în cazul țesăturii de tip picior de cocoș, 61.34 MPa, fiind urmată de țesătura tip

coș cu 53.17 MPa, satin cu 38.08 și pânză 26.69, valorile cele mai reduse ale

deplasărilor le întâlnim în cazul țesăturilor de tip pânză (0.023 mm) și picior de cocoș

(0.024 mm).

În urma derulării analizelor statice pentru solicitarea la întindere biaxială, se

pot trage următoarele concluzii: valoarea maximă a tensiunii echivalente Von Mises

apare în cazul țesăturii satin – 128.9 MPa, fiind urmată de țesătura tip coș cu 67.11

MPa, de tip picior de cocoș, 61.92 MPa și pânză 37.35, valorile cele mai reduse ale

deplasărilor le întâlnim în cazul țesăturilor de tip pânză (0.012 mm) și picior de cocoș

(0.020 mm).

Analizele la nivel macroscopic au fost analize dinamice explicite și pe baza lor a

fost elaborată o metodă de identificare la proprietăților de material care sunt

introduse ca date de intrare în programele de simulare bazată pe analiza inversă. Studiul comportării la nivel mezoscopic este desigur foarte util atunci când se

studiază comportamentul unei celule unitare sau a câtorva astfel de celule. Datorită

modului în care este construit modelul suntem limitați însă de numărul de elemente

finite. De asemenea nu se pot studia decât comportări statice sau cvasistatice tot din

cauza numărului mare de elemente necesar. În cazul cel mai des întâlnit, al studiului

comportării pieselor complexe este necesară o altă abordare și anume cea

macroscopică. Această abordare presupune modelarea geometrică a întregii piese și

discretizarea ei cu elemente de tip solid sau shell care să reflecte comportamentul

țesăturii la scară macroscopică.

Într-o primă fază au fost realizate două analize dinamice explicite cu scopul

simulării încercării la întindere uniaxială și pentru simularea testului Bias. Testul Bias

este un test prin care se dorește punerea în evidență a comportării la forfecare a

materialelor țesute sau a materialelor compozite care conțin în structura lor țesături.

Specific acestui test este faptul că epruveta, de formă rectangulară, este prelevată pe

o direcție la 450 față de direcția firelor de urzeală și implicit și față de direcția firelor de

bătătură. O altă particularitate a acestui test este aceea că epruveta trebuie să aibă

lățimea egală cu jumătate din lungimea liberă a epruvetei (lungimea dintre bacuri).

Faza de analiză se realizează, pentru ambele simulări, de către programul Ls-

Dyna 971. Pentru materialul epruvetei a fost utilizat modelul de material Composite

Fabric (materialul nr. 34 din biblioteca de materiale a Ls-Dyna). Tipul de element finit

a fost Thin Shell 163 cu un număr de 7 puncte de integrare pe grosimea elementului.

Pentru anumite noduri din reţea se stabilesc condiţii de frontieră, în cazul de

faţă cu referire la fixarea epruvetei în zona bacului fix sau la impunerea condițiilor de

deplasare în zona bacului mobil. Pentru aceasta au fost create două componente

noda

proc

nece

cele

unia

mm)

expe

silico

simu

desp

Fig.

mate

texti

com

dete

seam

prop

para

elem

simu

iden

para

com

func

simu

date

ale (denum

cesului de

esar de inc

două sim

xială) resp

Comparâ

) pentru în

erimentale

on se obs

ulare respe

pre testul B

5 Deformațiala î

În continu

erial introd

l. Originali

portare pr

erminare a

ma de con

pusă ţine c

ametrii cu o

Analiza

mentului fin

ularea proc

tice cu ce

ametri de r

portare es

cţie "cost"

ulării nume

În prezen

elor de mat

mite ”fix” ș

încercare,

cremente.

mulări pent

pectiv defo

ând valoare

cercarea l

la tracțiun

servă o bu

ectiv 27.23

Bias.

a principală εîntindere uni

uare a fost

uși în prog

itatea meto

rin analiză

factorilor

ndiţiile rea

cont de sta

o eroare câ

inversă c

nit a mode

cesului rea

ele aplica

răspuns. P

ste de dete

(Q) care e

erice şi cea

nta analiză

terial pe ba

și ”mobil”.

, prin defin

În figurile

tru deform

rmația ech

ea maxim

a întindere

ne uniaxială

ună conco

3% obținu

ε1 pentru încaxială

t rulată o a

gramele de

odei de de

inversă, c

care stabi

ale la care

area de sol

ât mai mică

constă pr

elului fizic

al. În parale

ate modelu

Principiul id

erminare a

exprimă de

a măsurată

ă de optim

aza testulu

10

Se precize

nirea valor

5 și 6 sun

mația princ

hivalentă V

ă a deform

e uniaxială

ă pe direcț

ordanță în

ut experim

cercarea

analiză inve

e simulare

eterminare

constă în a

lesc comp

e este sup

licitare car

ă.

ractic în

pe care

el cu acea

ului geom

dentificării

a coeficien

e fapt dife

ă în cerceta

mizare am

ui la întind

ează în co

rii increme

nt prezent

cipală ε1 (p

Von Mises ε

mației prin

ă cu valoar

ția bătătur

ceea ce

ental. Ace

Fig. 6 Defo

ersă pentru

e pentru m

e a param

aceea că,

portarea ma

pus mater

re este pre

modelare

urmează s

asta, mode

etric discr

parametri

nţilor de co

renţa dintr

area exper

m dorit iden

ere echibia

Rez

ontinuare e

entului de

ate rezulta

pentru înce

εVM (pentru

ncipale ε1

rea obținut

ii a unei ep

privește r

eleași lucr

rmația echivpentru tes

u determin

aterialele c

etrilor care

în locul m

aterialelor,

rialul semi

ezentă în m

ea geome

să se real

lul fizic est

retizat mă

lor (P) car

omportame

re valoare

rimentală.

ntificarea v

axială. Ast

zumatul teze

evoluţia te

timp şi a

atele obțin

ercarea la

u testul Bia

la finalul

tă în urma

pruvete ac

rezultatul:

uri se pot

alentă Von Mstul Bias

area param

compozite

e definesc

metodelor

, metode c

fabricatulu

material şi

etrică prin

lizeze cerc

te solicitat

ăsurându-s

re definesc

ent ce mic

a calculată

valorilor co

tfel, ca și m

i de doctorat

mporală a

numărului

ute pentru

a întindere

as).

cursei (34

a încercării

coperite cu

26.97% –

t spune și

Misses εVM

metrilor de

cu suport

c legea de

clasice de

care nu ţin

ui, metoda

determină

n metoda

cetările, şi

în condiţii

se anumiţi

c legile de

cşorează o

ă pe baza

orecte ale

metodă de

t

a

i

u

e

4

i

u

–

i

e

t

e

e

n

a

ă

a

i

i

i

e

o

a

e

e

optim

meth

pent

Fig. om

mate

para

de b

coef

Am o

mate

EA =

MPa

trans

echi

rezu

num

distr

5

direc

cara

simu

mizare a

hodology)

tru forță și

7 Deformațiobținută pe bmaterial corec

Parametr

erial ale m

ametri sunt

bătătură, m

ficientul de

obținut pe

erial și coe

= 4020 MP

a, modulul

sversale νA

În figurile

biaxială c

ultatele obți

Se poate

mai din pun

ribuției defo

5. METOD

INSTA

Cercetări

cţii şi an

acteristicilo

ularea num

fost alea

iar ca fun

unul pentr

a principală aza simulăriictate în urma

rii care urm

modelului

t: modulele

modulul de e

e frecare di

baza anal

eficientul de

Pa, modulu

de elasti

AB = 0.356

e 7 și 8 su

cu datele

inute pentr

e observa

ct de vede

ormațiilor p

DOLOGIA

ALAŢIILE

ile experim

nume: ce

r reale de

merică (ana

asă meto

ncții obiect

ru deforma

ε1 la finalul ci numerice ca analizei de

mează să f

de mater

e de elasti

elasticitate

ntre epruv

izei de opt

e frecare: m

ul de elas

icitate tran

iar coeficie

unt prezen

de mater

ru aceeași

cu ușurin

ere al valor

pe suprafaț

A CERCE

E EXPERI

mentale pre

ercetări ex

e material

aliza prin m

11

oda supra

iv au fost

ția principa

cursei de lucru datele de optimizare

fie optimiza

rial 34 (F

citate long

e transvers

veta din țes

timizare ur

modulul de

sticitate pe

nsversal G

entul de fre

tate rezult

rial obținu

încercare

nță faptul

rilor maxim

ța epruvete

ETĂRII E

IMENTAL

ezentate î

xperimenta

pentru fire

metoda ele

afeței de

alese dou

ală ε1.

ru Fig. 8curse

aj

ați sunt așa

abric) din

gitudinale p

sal, coeficie

sătură de p

rmătoarele

e elasticita

direcția fi

GAB = 891

ecare μ = 0

tatele obțin

ute în urm

experimen

că rezulta

me ale măr

ei.

EXPERIM

LE UTILI

în teza de

ale care

ele de poli

ementului

Rez

răspuns

uă criterii ș

8 Deformațiaei de lucru objutorul analiz

a cum am

Ls-Dyna

pe direcția

entul contr

poliamidă ș

valori opti

te pe direc

irelor de b

MPa, co

0.11.

nute pentru

ma analize

ntal..

atele sunt

imilor măs

MENTALE

IZATE

faţă pot f

au ca

amidă PA

finit) cât ş

zumatul teze

(response

și anume

a principală εbținută experzorului optic A

menționat

. Mai exa

firelor de

racției trans

și poanson

ime pentru

cția firelor d

bătătură E

eficientul

u testul de

ei de opt

foarte apr

surate ci și

E ŞI

fi defalcate

scop det

A 6.6 utiliza

şi la etapa

i de doctorat

e surface

un criteriu

ε1 la finalul rimental cu Aramis

t datele de

act, acești

urzeală și

sversale și

nul metalic.

u datele de

de urzeală

EB = 4910

contracției

e întindere

imizare și

ropiate nu

în privința

e pe două

terminarea

ate atât la

a doua a

t

e

u

e

i

i

i

.

e

ă

0

i

e

i

u

a

ă

a

a

a


12

studiului experimental şi anume a cercetările experimentale legate de comportarea

mecanică a țesăturilor de poliamidă PA 6.6 neacoperite sau acoperite cu silicon sau

alți oxizi care au apărut mai recent în industria textilă.

Metodologia de cercetare experimentală elaborată are în vedere compararea

rezultatelor obţinute teoretic cu cele determinate experimental în vederea validării

rezultatelor teoretice obţinute prin analiză numerică, prin metoda elementelor finite, în

ceea ce priveşte comportarea materialelor compozite cu structură textilă.

Încercările s-au realizat utilizându-se instalații experimentale aflate în dotarea

Universității ”Lucian Blaga” din Sibiu, a Universității din Debrecen sau în urma unor

colaborări cu firme de profil de pe platforma industrială din Sibiu. Acestea au fost:

• Maşină de încercat la tracţiune de tip Instron 5587;

• Maşină de încercat la tracţiune de tip Instron 4303;

• Sistemul optic de măsurare al deformaţiilor - Aramis;

• Microscop electronic SEM pentru determinarea comportării

microstructurale.

Maşinile universale de încercat la tracţiune, compresiune şi flambaj Instron

5587 și 4303 sunt niște instrumente universale de testare compuse din două sisteme

principale: o traversă mobilă şi sistemul de control, care aplică sarcinile de întindere

sau compresiune materialului. Sistemul optic de măsurare Aramis permite

determinarea deformațiilor atât la încercările de întindere uniaxială sau la testul Bias

cât și la încercările de întindere echibiaxială. Un microscop electronic cu scanare

(Scanning Electron Microscope – SEM) este un microscop electronic care produce

imagini ale unei probe studiate prin scanarea acesteia cu ajutorul unui fascicol

focalizat de electroni. Astfel, electronii din fascicol sunt focalizați și interacționează cu

atomii probei studiate producând astfel semnale care pot fi detectate optic si care pot

conține informații despre topografia suprafeței probei studiate, dar și despre

compoziția acesteia.

Pentru realizarea practică a experimentărilor a fost necesară proiectarea mai

multor standuri experimentale care să permită aplicarea diferitelor variante de lucru.

Dintre standurile proiectate, unul este pentru determinarea caracteristicilor mecanice

ale țesăturilor supuse la întindere uniaxială și este folosit și pentru testul tip Bias, altul

este utilizat la determinarea comportării la forfecare a materialelor de acest tip iar cel

de-al treilea este destinat încercărilor la întindere echibiaxială.

Standul utilizat la încercările la întindere uniaxială și testul Bias (Fig. 9) este

conceput din două părți identice. Partea superioară se montează pe traversa

superioară a mașinii Instron (1) care culisează pe coloanele de ghidare (2). Partea

superioară (4) este fixată de captorul de forță (3) prin intermediul unei flanșe de

prindere. Partea inferioară a standului (5) se montează tot cu ajutorul unei flanșe pe

masa cu canale ”T” (6) prin intermediul a șase șuruburi M10. La rândul ei, masa cu

cana

este

desf

Fig. și a

t

la fo

meta

întin

mob

mate

evita

creș

este

mate

epru

6

struc

ale ”T” se f

conceput

facă epruve

9 Standul pea testului Biaracțiune, com

Un alt t

orfecare a

alic din pat

dere uniax

bil) iar a ca

erial comp

area strivir

terea ader

fixată prin

erialului ep

uvetei se re

6. CERCMATE

Cercetări

cturate pe

fixează pe

t de așa n

eta textilă

entru realizaras montat pe mpresiune și

est, care f

materialelo

tru brațe d

xială prin p

apătului inf

pozit textil

rii materialu

renței între

n intermed

pruveta es

egăsesc și

ETĂRI ERIALELO

ile experim

două direc

e batiul ma

natură încâ

de pe rola

rea încercărimașina de î flambaj Inst

folosește s

or compoz

e lungime

prinderea c

ferior (5) în

se realize

ului, au fo

e epruvetă

diul a patru

ste decupa

două artic

EXPERIMOR COM

mentale p

cții importa

13

așinii (7) to

ât odată cu

pe care a

ii la tracțiuneîncercare la tron 5587

standul din

zite cu supo

egală (2)

capătului li

n bacul inf

ează între

st lipite be

ă și sistem

u șuruburi

ată în cele

culații cilind

ENTALEPOZITE

prezentate

ante, și anu

ot prin inter

u deplasar

fost prinsă

e Fig

n figura 10

ort textil. În

este monta

iber superi

ferior (bacu

perechile

enzi de ca

mul de fixa

M5 (3). Pe

e patru co

drice (4) ca

E PRIVINCU SUP

în preze

ume: comp

Rez

rmediul un

rea travers

ă.

. 10 Stand pcomportăr

, este test

n cadrul ac

at pe o ma

ior (1) în b

ul fix). Prin

de brațe

uciuc care

are. Fiecar

entru a se

olțuri. Pe c

are permit

D COMPORT TEX

enta teză

portarea m

zumatul teze

nor șurubu

sei mobile

entru determrii la forfecar

ul pentru î

cestui test

așină de în

bacul supe

nderea epr

(2) pe ca

e ajută toto

re latură a

evita sup

cealaltă di

rotirea bra

PORTAREXTIL

ă de doct

materialelor

i de doctorat

ri. Standul

e să nu se

minarea re

încercarea

t, un cadru

ncercare la

erior (bacul

ruvetei din

are, pentru

odată și la

epruvetei

rapunerea

agonală a

ațelor.

EA

torat sunt

r care intră

t

l

e

a

u

a

l

n

u

a

i

a

a

t

ă

în co

com

mec

expe

sem

prog

expe

mod

inter

varia

mod

pent

cinci

poat

reală

hipe

brus

de fi

reale

Fig.

omponența

pozite care

În veder

canice ale

erimentală

nificativi,

gramarea

erimentelor

delelor de

rvalelor de

În acest

abilele inde

dificate pe

tru determi

i ori întregu

Din grafic

te observa

ă. Prima

relastic al

scă a valor

r. Ultima re

În grafice

e și alungir

. 11 Graficul maxime m

a material

e au în stru

ea realiză

firelor de

care conţ

alegerea

experimen

r, determ

eterminate,

încredere

caz, s-a f

ependente

trei nivelu

inarea eror

ul program

cele obținu

a că există

regiune

poliamidei

rii tensiuni

egiune con

ele din figu

rii reale în

de dependemaxime în fu

elor comp

uctură țesă

ării cercetă

e poliamid

ţine următo

modelelo

ntului, ale

minarea c

verificar

.

folosit un p

e (viteza d

ri de varia

rii experim

m obţinând

ute pentru

două reg

este zon

i PA 6.6. C

i ceea ce

nține și zon

urile 11 res

funcție de

enţă al tensiuncţie de T şi

14

pozite cu s

ături.

ărilor expe

ă PA 6.6

oarele etap

or matema

egerea co

coeficienţilo

rea semn

program e

de încerca

ţie. Acest

mentale în f

astfel un n

u testele d

iuni distinc

na de înc

Cea de-a do

indică scă

na de rupe

spectiv 12

cei doi pa

nii reale v

suport text

erimentale

, s-a stab

pe: eviden

atice ale

ndiţiilor d

or model

ificaţiei c

experiment

re și temp

program c

fiecare pun

număr de 4

e tracțiune

cte pe curb

ceput car

oua zonă e

ăderea cap

ere a mater

2 sunt prez

rametrii an

Fig. 12 Grafmaxim

Rez

til și comp

referitoar

bilit un alg

nţierea şi ie

caracteris

e experim

elor, veri

oeficienţilo

al factoria

peratura de

conţine no

nct experim

45 experim

e pentru p

bele tensiu

re defineș

este carac

pabilității la

rialului

zentate de

nalizați.

ficul de depeme maxime î

zumatul teze

portarea m

re la cara

goritm de

erarhizarea

sticilor co

mentare, e

ificarea a

or şi det

l de tipul

e încercar

uă experim

mental s-a

mente.

poliamidă P

une reală-d

ște compo

terizată de

a tracțiune

pendențele

endenţă al alîn funcţie de

i de doctorat

materialelor

acteristicile

cercetare

a factorilor

onsiderate,

efectuarea

adecvanţei

terminarea

32 în care

re) au fost

mente, dar

repetat de

PA 6.6 se

deformație

ortamentul

e scăderea

suportată

e tensiunii

ungirii reale T şi v

t

r

e

e

r

,

a

i

a

e

t

r

e

e

e

l

a

ă

i

firelo

creș

din p

de m

înce

echi

întin

cons

aplic

exte

pent

Instr

obţin

fieca

și pe

cât ș

aces

Figsis

întin

direc

solic

reali

Principala

or de polia

terea vitez

Pentru a

punct de ve

material în

rcări meca

biaxială, te

Cea mai

dere uniax

stantă (sau

cată este m

nsometru.

tru evitarea

ron 5587 ș

nute pot fi r

Pentru de

are tip de m

entru acela

și pe direc

st tip de înc

g. 13 Mașinastemul optic

încercăr

Principale

dere uniax

cția firelor d

- la solici

citarea se r

zează pe d

a concluzie

amidă 6.6

zei de defo

determina

edere mac

n program

anice cum

estul Bias ș

veche me

xială. Epru

u nu), pe

măsurată c

Pentru de

a strivirii fire

și sistemul

reprezentat

erularea în

material ad

ași tip de țe

cția firelor

cercare.

a de încercarde măsurare

rile la întinde

ele conclu

xială pentr

de urzeală

tarea la în

realizează

direcția bă

e care se

scade od

ormație.

a comporta

crostructura

mele de sim

ar fi: încer

și încercar

etodă de te

uveta este

o maşină

cu ajutorul

erularea ce

elor, mașin

l optic de

te grafic dir

ncercărilor

dică pentru

esătură ac

de bătătu

re Instron 55e Aramis utili

ere uniaxială

uzii care s

ru țesături

ă sau de bă

tindere un

pe direcția

tăturii;

15

poate trag

dată cu cre

rea materi

al (având î

mulare nu

rcarea la în

ea la forfec

estare a co

fixată la

ă de încer

unui capto

ercetărilor

na de înce

măsurare

rect în coor

s-au prele

u țesătură c

coperită cu

ră. Forma

587 cu izat la

se pot tra

acoperite

ătătură sun

iaxială, for

a urzelii co

ge este ac

eșterea te

alelor com

în vedere n

umerică) a

ntindere un

care.

omportării m

ambele ca

rcat la tra

or de forţă

am folosit

rcare la tra

a deform

rdonatele fo

evat seturi

crudă (nea

u silicon atâ

epruvetel

Fig. 14 Cupentru epr

concentrato

age după

sau neaco

nt:

rța maximă

omparativ

Rez

ceea că re

emperaturii

mpozite car

necesitatea

am apelat

niaxială, înc

materialelo

apete şi de

cţiune, pâ

iar deform

standul ex

acțiune, co

mațiilor Aram

orţă-deplas

de câte c

acoperită)

ât pe direc

or a fost c

urba caracterruvete neacoor de tensiun

firelor de

încercările

operite cu

ă prezintă

cu cazul î

zumatul teze

ezistența la

i și crește

re au la baz

a introduce

la câteva

cercarea la

or este înc

eformată l

ână la rup

maţia cu aju

xperimenta

mpresiune

mis (fig. 1

sare (fig. 14

cinci epruv

de poliami

cția firelor d

cea standa

ristică forță –operite cu silne solicitate p urzeală

e experim

silicon, pre

valori mai

n care sol

i de doctorat

a rupere a

odată cu

ză țesături

erii datelor

a tipuri de

a întindere

cercarea la

a o viteză

ere. Forţa

utorul unui

al proiectat

e și flambaj

3). Datele

4).

ete pentru

idă PA 6.6

de urzeală

ard pentru

– alungire icon, fără pe direcția

mentale de

elevate pe

mari dacă

icitarea se

t

a

u

i

r

e

e

a

ă

a

i

t

j

e

u

6

ă

u

e

e

ă

e

dacă

solic

utiliz

în fo

diam

acea

mate

conc

înce

în m

tens

defo

Fig. di

con

tens

com

tens

de fo

solic

degr

evide

- la solici

ă solicitare

citarea se r

Deoarece

zează la fa

orma în ca

metre difer

astă cauză

eriale acop

centrator d

rcare dar î

mijlocul ei. F

iune solic

ormației pri

15 Modul den poliamidă ncentrator de

fi

Concluzii

- la solic

iune, atât

parativ cu

- la solic

iune, ungh

orfecare at

citate pe di

Airbag-ur

rabă la o

ențieze co

tarea la în

ea se rea

realizează

e aceste m

abricarea a

are provin

ite necesa

ă am cons

perite și ne

de tensiune

în plus fiec

Figura 15 p

citată pe d

ncipale pe

e rupere pentPA 6.6 acope tensiune soirelor de bătă

ile care se

citarea la

valoarea

cazul epru

citarea la

hiurile de f

tât pentru

recția urze

rile nu sun

întindere

omportare

ntindere un

alizează pe

pe direcția

materiale c

airbag-urilo

din războa

are la mon

siderat util

eacoperite

e. Forma e

cărei epruv

prezintă m

direcția fir

entru aceea

tru o epruvetperită cu silicoolicitată pe dătură

pot trage î

întindere

forței ma

uvetelor făr

întindere

forfecare d

epruvete a

elii sau a bă

nt însă sol

biaxială. D

a materia

16

niaxială, al

e direcția

a urzelii;

compozite

or ele nu se

aiele de țe

ntaj, la intr

un studiu

cu silicon

epruvetelor

vete i s-a re

odul de ru

relor de b

ași epruvet

tă țesută on cu

direcția

Fec

în urma ac

uniaxială

axime cât

ră concent

uniaxială

determinate

acoperite c

ătăturii;

licitate în f

Din aceas

alelor com

ungirea m

bătăturii

cu suport

e vor regă

esut ci vor

roducerea

u compara

în cazul e

r a fost ce

ealizat o pe

pere al un

bătătură ia

tă.

Fig. 16 Valorepruvetă țesucu silicon și c

pe

cestor înce

ă, pentru

și a alung

trator de te

ă, pentru

e optic pre

cât și neac

funcționare

stă cauză

pozite cu

Rez

aximă prez

comparati

t textil sun

ăsi în comp

r suferi o s

capselor

ativ între c

existenței s

a standard

erforare cu

ei epruvete

ar figura

rile deformațută din poliamcu concentra

direcția firel

ercări sunt:

epruvete

girii cores

ensiune;

epruvete

ezintă valo

coperite da

e la întind

un subca

suport te

zumatul teze

zintă valor

v cu cazu

nt material

ponența ai

serie de pe

pirotehnic

comportare

sau inexist

d pentru ac

u diametru

e cu conce

16 prezint

iei principalemidă PA 6.6 tor de tensiuor de bătătur

cu concen

punzătoar

cu concen

ori specifice

ar și pentru

ere uniaxi

pitol își pr

extil la o

i de doctorat

ri mai mari

ul în care

le care se

rbag-urilor

erforări de

e etc. Din

ea acestor

tenței unui

cest tip de

l Φ 10 mm

entrator de

tă valorile

e ε1 pentru o neacoperită

une solicitatără

ntrator de

re ei scad

ntrator de

e solicitării

u epruvete

ală ci mai

ropune să

solicitare

t

i

e

e

r

e

n

r

i

e

m

e

e

e

d

e

i

e

i

ă

e

echi

”Luc

prind

dest

reali

cerc

depl

achiz

este

cons

de p

neac

obţin

dete

form

Aram

acea

ante

Fig. de

epru

18 p

biaxială. A

cian Blaga”

Pentru te

dere sunt

tinată fixăr

zate de d

cetării din

asare pen

ziție și a p

transform

stantă și ac

puncte forț

coperite, c

nute pot fi r

Prin cupl

ermina și

mate înainte

Pentru a

mis (fig. 1

asta de s

rior.

17 Standul emăsurare A

întin

Au fost r

uvete fără

prezintă va

Am utilizat

” din Sibiu

estarea la

solicitate

rii material

două circu

prezenta

tru poanso

pachetului

mată în te

chiziționân

ță – depla

cu concent

reprezenta

area stand

deformații

ea ruperii.

putea det

7), epruve

stropi fini d

experimentaramis utilizatndere echibia

ealizate at

concentrat

ariația defo

pentru ac

împreună

întindere

prin interm

ului cât și

uite hidrau

teză am

on. Cu aju

software M

ensiune el

nd pe un al

sare pentr

trator de t

ate grafic d

dului de în

ile princip

ermina de

etele au fo

de vopsea

al cu sistemut la încercărilaxială

tât încercă

tori de ten

rmației pri

17

ceastă înce

cu analizo

echibiaxia

mediul unu

i cea activ

ulice distin

fost inter

torul unor

Matlab (pr

ectrică iar

t canal var

ru patru tip

tensiune ș

direct în co

ncercare c

ale, secun

eformațiile

ost pregăti

neagră ap

l optic le de

Fepsil

ări pe epru

siune acop

ncipale pe

ercare un

orul optic A

ală epruve

ui poanson

vă necesa

ncte. Desi

resată de

senzori de

rezentate ș

r mai apo

riabila timp

puri de ep

și fără con

ordonatele

u sistemu

ndare, ec

cu ajutoru

ite în prea

plicați peste

Fig. 18 Valoripruvetă țesuticon și fără c

uvete cu co

perite sau

entru o epr

Rez

stand din

Aramis.

etele fixate

n cu cap s

ră acționă

gur, din p

determina

e presiune

și ele în ca

oi în forță

p am putut

pruvete: ac

ncentrator

e forţă-dep

ul optic de

hivalente

l sistemulu

alabil prin

e o vopsea

le deformațietă din poliamconcentrator întindere ec

oncentrato

neacoper

ruvetă aco

zumatul teze

dotarea U

e într-un

semisferic.

ării poanso

punct de

area curb

e și a unui

apitolul 5)

. Folosind

determina

coperite cu

de tensiun

plasare.

măsurare

și mărime

ui optic de

depunere

a albă ma

ei principale midă PA 6.6 a

de tensiune hibiaxială

or de tensi

ite cu silic

perită cu s

i de doctorat

Universității

sistem de

Atât forța

onului sunt

vedere al

ei forță –

sistem de

presiunea

d o viteză

a perechile

u silicon și

ne. Datele

e am putut

ea calotei

măsurare

a de data

ată aplicată

ε1 pentru o acoperită cu

solicitată la

une cât și

on. Figura

silicon fără

t

i

e

a

t

l

–

e

a

ă

e

i

e

t

i

e

a

ă

i

a

ă

conc

întin

și în

silico

princ

direc

cond

țesă

baza

urze

Bias

este

țesă

nece

Spec

nu s

prez

pent

Fepruv

țesă

centrator d

dere echib

- la solici

nălțimea m

on;

- la sol

cipale apar

cția firelor d

- la solic

duce la scă

Un alt tes

turi este te

a prelevări

eală și evid

s este tot u

prelevată

turii. Testu

esită utiliza

cific acestu

sunt deloc

zentat în fig

tru o epruv

Fig. 19 Zonelvetele compo

Principale

- valorile

turilor aco

e tensiune

biaxială sun

tarea la în

maximă obț

icitarea la

r pe direcț

de urzeală

citarea la î

ăderea rez

st consacr

estul Bias.

ii epruvete

dent acelaș

un test de t

ă epruveta,

ul este ma

area unor

ui tip de te

omogene

gura 19. F

vetă acope

le de deformozite cu supo

ele concluz

mai ridica

perite cu s

e. Principal

nt:

ntindere ec

ținută a ca

a întindere

ia firelor d

ă;

întindere e

zistenței cu

rat aplicat

Denumire

elor și anu

și unghi și

tracțiune d

, comporta

ai simplu

standuri s

est este fap

și există z

Figura 20 p

rită cu silic

mație care apaort textil la te

zii care se

ate ale forț

silicon față

18

lele conclu

chibiaxială,

alotei sunt

e echibiax

e bătătură

echibiaxială

u 45% iar a

materialelo

a acestui t

ume la un

i față de d

dar care pu

amentul la

decât alte

speciale ci

ptul că defo

zone diferi

prezintă va

con supusă

ar pe estul Bias

pot trage î

ței maxime

de cazul țe

uzii care se

atât forța

mai mari

xială valo

ă dar se ob

ă prezența

a alungirii c

or compoz

test provin

unghi de

direcția fire

une în evid

forfecare

e teste sp

i doar a m

ormațiile lo

ite pe sup

alorile defo

ă testului B

Fig. 20 VaMisses εVM

6.6 acoper

în urma tes

e care apa

esăturilor n

Rez

e pot trage

necesară

în cazul țe

orile maxim

bțin apropia

a concentr

cu 24%.

zite care a

e de la mo

450 față d

elor de băt

dență, dato

a materia

ecifice for

mașinilor d

ocale de la

rafața epru

rmației ec

Bias.

alorile deformpentru o epr

rită și fără cosolicitată la

stului Bias

are în înce

neacoperit

zumatul teze

în urma în

ruperii epr

esăturii ac

me ale d

ate de ace

atorului de

u în comp

odalitatea c

de direcția

ătură. De

orită modu

lului comp

rfecării deo

de încercar

a suprafața

uvetei așa

hivalente V

mației echivaruvetă din pooncentrator d

testul Bias sunt:

ercare apa

e;

i de doctorat

ncercării la

ruvetei cât

coperite cu

deformației

estea și pe

e tensiune

onența lor

care stă la

a firelor de

fapt testul

ului în care

pozit sau a

oarece nu

re clasice.

a epruvetei

cum este

Von Mises

lente Von

oliamidă PA e tensiune

ar în cazul

t

a

t

u

i

e

e

r

a

e

l

e

a

u

.

i

e

s

l

țesă

a m

pres

prin

înce

șuru

achiz

pere

trigo

coor

Fig.ungsilico

epru

de f

valoa

apro

între

valoa

la fa

fiind

scăz

cerc

- alungir

turilor aco

Testul ca

materialelor

supus reali

translatare

rcare) dat

uburilor de

ziție a maș

echile de p

onometrice

rdonatele u

. 21 Curba caghi de forfecaon, fără conc

te

La fel ca

uvete cu co

forfecare s

area max

opiată de c

e epruvetel

area maxim

Se consta

abricarea a

expus la

zute) își pi

cetări în a

rea coresp

perite cu s

are se utiliz

r compozit

zarea unu

ea capătu

orită celor

fixare înt

șinii de înc

uncte dep

sau me

unghi de fo

aracteristică are pentru epcentrator de testul de forfe

a și în ca

oncentrato

se observă

ximă a for

cea a epru

le acoperit

mă fiind ob

ată în ultim

irbagurilor

perioade

erde din p

acest dom

punzătoare

silicon față

zează cel m

te este aș

ui stand ex

lui mobil a

r două arti

tre brațele

cercare Ins

lasare-forț

ecanice s

orfecare – s

forță de forfepruvete acoptensiune soliecare

azul celorl

r de tensiu

ă că preze

rței de for

uvetei fără

te cu silico

bținută pen

ma perioad

r. Acest luc

destul de

proprietățile

meniu sunt

19

e forței m

de cazul țe

mai des pe

șa numitul

xperimenta

al acestuia

culații, ep

e cadrului

stron perm

ă aplicată.

se transfo

sarcină de

ecare – perite cu icitate la

lalte încer

une și fără

ența conce

rfecare a

ă concentra

on și cele

ntru cele ac

dă la nivel

cru se dato

îndelunga

e mecanic

t reprezen

maxime ar

esăturilor n

entru evide

l test cad

al. Standul

a (fixat de

ruveta car

să fie so

mite determ

. Prin calcu

ormă acea

e forfecare

Fig. 22 Zon

rcări, au f

concentra

entratorulu

epruvetei

ator de ten

neacoperit

coperite.

mondial în

orează fapt

ate la tem

e pentru c

ntate de f

Rez

re valori

neacoperit

nțierea com

ru (frame

este cons

traversa

re este pri

licitată la

minarea un

ule simple

astă curb

(fig. 21).

na măsurată optic în st

fost realiza

ator de ten

ui nu este

cu conce

nsiune. Și

te sunt des

ncercarea

tului că ac

peraturi ex

care este u

folosirea n

zumatul teze

mai mari

e.

mportării la

test). Ace

struit în aș

mobilă a m

nsă prin in

forfecare.

ei curbe fo

care au la

bă într-o

cu ajutorul atadiu final

ate încerc

nsiune. La

atât de im

entrator fi

diferențel

stul de mic

de a înlocu

esta îmbăt

xtreme (rid

utilizat. Ce

nanocompo

i de doctorat

în cazul

a forfecare

est test a

a fel încât

mașinii de

ntermediul

Placa de

ormate din

a bază legi

curbă în

analizorului

cări pentru

solicitarea

mportantă,

ind foarte

e obținute

ci, desigur

ui siliconul

trânește și

dicate sau

ele mai noi

ozitelor la

t

l

e

a

t

e

l

e

n

i

n

u

a

e

e

r

l

i

u

i

a

fabri

ramu

texti

la ob

PA 6

SnO

aces

epru

cons

echi

neac

6.6 ș

Fig. pentr

com

cel m

țesă

cu s

cost

icarea nu

uri ale indu

Primele

le sunt de

bținerea a

6.6 utilizată

O2, MnO și

stor materi

uvete pent

siderente e

biaxială.

Figurile 2

coperit (fig

și nanopar

23 Imagine ru țesătura d

la o m

Concluzii

- atât din

portării ec

mai bine în

turii neaco

- se poat

succes înlo

urile de fab

doar a țes

ustriei auto

cercetări

dată foarte

patru mat

ă și la cele

ZnO, dato

iale. Pentr

tru întinde

economice

23 și 24

. 23) și ma

rticule de Z

surprinsă cue poliamidă magnificare

ile care se

punct de

chibiaxiale

n timp ce c

operite;

e spune că

ocui silico

bricație vo

săturilor pe

o sau produ

referitoare

e recentă,

eriale nan

elalte cerce

orită costur

ru o bună

ere uniaxia

) și câte 5

prezintă i

aterialul na

ZnO (fig. 24

u microscopuPA 6.6 neac1500 X

pot trage î

vedere al

compozite

cele cu Sn

ă materialu

nul într-un

r putea fi r

20

entru airba

ucătoare d

e la utiliza

respectiv î

ocompozit

etări pe car

rilor ridicat

reproducti

ală doar

epruvete

imaginile

anocompo

4) la magn

ul SEM coperită pe

d

în urma ac

comportăr

ele cu nan

nO2 și WO3

ul nanocom

n viitor nu

eduse.

aguri dar ș

e bunuri d

area nano

în anul 200

te care au

re au fost d

te și greută

ibilitate a r

pe direcți

pentru rea

realizate p

zit realizat

ificări de 1

Fig. 24 Imagentru materiae poliamidă

cestor înce

rii uniaxiale

oparticule

3 au un co

mpozit cu n

foarte în

Rez

și într-o se

e larg cons

otehnologii

09. În teza

la bază țe

depuse na

ăților întâm

rezultatelo

a firelor d

alizarea înc

pentru țes

t din țesătu

000X resp

gine surprinsăal nanocompPA 6.6 și na

magnificareercări sunt:

e cât și din

de ZnO ș

omportame

nanopartic

depărtat, î

zumatul teze

erie întreag

sum.

ilor aplica

de față m-

esătura de

anoparticule

mpinate la

r am realiz

de urzeală

cercărilor la

sătura de

ură de pol

pectiv 1500

ă cu microscpozit format dnoparticule de 2000 X

n punct de

și MnO se

ent apropia

cule de ZnO

în condiții

i de doctorat

gă de alte

te fibrelor

-am limitat

poliamidă

e de WO3,

realizarea

zat câte 5

ă (tot din

a întindere

poliamidă

iamidă PA

0 X.

copul SEM din țesătura de ZnO la o

e vedere al

comportă

at de cel al

O ar putea

le în care

t

e

r

t

ă

,

a

5

n

e

ă

A

l

ă

l

a

e


21

7. CONCLUZII FINALE. PRINCIPALELE CONTRIBUȚII ORIGINALE ALE LUCRĂRII

Prin teza de faţă s-au adus o serie de contribuţii originale în ceea ce priveşte

cunoașterea comportării mecanice a materialelor compozite cu suport textil acoperit

cu silicon sau alte tipuri de oxizi, contribuţii publicate de autoare în ţară şi străinătate,

sau aflate în curs de publicare, după cum urmează:

Din punct de vedere teoretic:

- s-au sintetizat sub forma unui studiu bibliografic, majoritatea rezultatelor ştiinţifice şi

tehnice publicate în legătură cu materialele compozite armate cu țesături sau

tricoturi;

- s-a elaborat o clasificare originală a materialelor textile care intră în componența

materialelor compozite;

- au fost identificate mecanismele de deformare ale materialelor compozite armate cu

țesături sau tricoturi;

- s-a elaborat stadiul actual în ceea ce privește metodele și tehnicile folosite în

simularea numerică a materialelor compozite armate cu țesături sau tricoturi;

- s-a sintetizat stadiul actual al cercetărilor experimentale pentru aceste tipuri de

materiale, identificându-se tipurile de solicitări și implicit încercările mecanice la

care aceste materiale pot fi supuse;

- a fost elaborat un studiu privind modelarea comportării mecanice a materialelor

compozite armate cu țesături, punându-se în evidență modelele mecanice

reprezentative de celule elementare;

- au fost construite modelele geometrice tridimensionale pentru patru tipuri de

țesături (pânză, satin, coș și picior de cocoș) în scopul exportării acestor

modele într-un program de analiză prin metoda elementului finit;

- au fost realizate simulări numerice prin metoda elementului finit în domeniul elastic,

la nivel mezoscopic, pentru patru tipuri de țesături urmărindu-se determinarea

tensiunii echivalente von Mises, a deformației echivalente și a deplasărilor

nodale pentru cele patru tipuri de țesături. În baza acestor simulări numerice a

fost realizat un studiu comparativ privind comportarea diferitelor tipuri de

țesături la întindere uniaxială și biaxială;

- a fost realizată o analiză dinamică explicită prin metoda elementului finit în domeniul

neliniar, la nivel macroscopic, pentru identificarea comportării mecanice la

încercarea la întindere uniaxială a materialelor compozite care au în structura

lor țesături;


22



încercarea de tip Bias a materialelor compozite care au în structura lor țesături;

- s-a realizat modelul unei simulări dinamice explicite, parametrizate din punct de

vedere al datelor de material pentru încercarea la întindere echibiaxială;



încercarea la întindere echibiaxială a materialelor compozite care au în

structura lor țesături;

- a fost elaborată o analiză inversă, bazată pe simularea în domeniul dinamic a

testului de întindere echibiaxială, cu ajutorul căreia au fost identificate cu un

grad de precizie cât mai ridicată, datele de material care contribuie la definirea

comportării mecanice a materialele compozite care au în structura lor țesături;

Din punct de vedere experimental:

Cercetările experimentale au fost canalizate pe două direcţii: una pentru

determinarea caracteristicilor reale de material pentru firele de poliamidă PA 6.6

utilizate la simularea numerică (analiza prin metoda elementului finit) şi cea de-a

doua direcție, cea a cercetărilor experimentale legate de comportarea mecanică a

țesăturilor de poliamidă PA 6.6 neacoperite sau acoperite cu silicon sau alți oxizi care

au apărut mai recent în industria textilă.

Cercetările experimentale legate de determinarea caracteristicilor reale de

material pentru firele de poliamidă 6.6 au cuprins următoarele contribuții originale:

- s-au efectuat, într-o primă fază, pe baza unor planuri experimentale bine stabilite,

încercări la tracţiune pentru trei temperaturi diferite de încercare și cu, trei viteze

diferite de încercare;

- a fost proiectat programul experimental pentru realizarea încercărilor la tracțiune a

firelor de poliamidă 6.6;

- a fost elaborat, de către autoare, în programul Visual C++ un produs software care să

permită determinarea tuturor tipurilor de date necesare pentru încercările care se

pot realiza pe mașina de încercare;

- s-a efectuat prelucrarea statistică a datelor experimentale prin aplicarea testelor

Student, Cochran şi Fisher-Snedecor.

Cercetările experimentale strict legate de comportarea mecanică a țesăturilor

de poliamidă 6.6 neacoperite sau acoperite cu silicon sau alți oxizi, cu sau fără

concentratori de tensiune au cuprins următoarele activităţi:

- s-au elaborat strategii de experimentare pentru fiecare din direcţiile de cercetare

experimentală luată în considerare;


23

- s-au realizat două standuri experimentale, unul pentru realizarea încercărilor la

întindere uniaxială și a testului Bias și unul pentru determinarea comportării la

forfecare, ambele standuri fiind în așa fel concepute încât să poată fi montate

pe mașina de încercare la tracțiune din dotarea Facultății de Inginerie;

- s-a adaptat un stand din dotarea Facultății de Inginerie folosit pentru determinarea

curbelor limită de deformare astfel încât să se poată realiza pe el încercările la

întindere echibiaxială pentru materialele compozite care au ca suport țesături

din poliamidă 6.6;

- s-a realizat etalonarea traductorului de presiune utilizat pentru determinarea forței la

încercarea la întindere echibiaxială

- s-au realizat două instrumente virtuale, unul pentru achiziția de semnal și unul

pentru filtrarea acestuia pentru determinarea forței la încercarea la întindere

echibiaxială în programul Matlab;

- s-au efectuat cercetări experimentale pentru determinarea comportării materialelor

țesute din poliamidă 6.6 acoperite sau neacoperite cu silicon, cu sau fără

concentratori de tensiune la încercarea la întindere uniaxială pentru epruvete

prelevate pe direcția firelor de urzeală și pe direcția firelor de bătătură;



concentratori de tensiune la testul Bias;



concentratori de tensiune la încercarea la forfecare;



concentratori de tensiune la la încercarea la întindere echibiaxială;

- au fost realizate analize cu ajutorul unui microscop SEM pentru țesături din

poliamidă 6.6 impregnate cu diverși oxizi;


țesute din poliamidă 6.6 acoperite cu alți oxizi, fără concentratori de tensiune la

încercarea la întindere uniaxială;


țesute din poliamidă 6.6 acoperite cu alți oxizi, fără concentratori de tensiune la

încercarea la întindere echibiaxială.

Direcţii de cercetare ulterioare

Problematica abordată în prezenta teză de doctorat contribuie la o mai bună

cunoaştere a comportării mecanice a materialelor compozite care au în componență

țesături. Având în vedere tendinţele actuale la nivel mondial în domeniul materialelor


24

compozite, se întrevăd noi preocupări legate de aceste materiale, în continuare

rămânând deschise spre abordare direcţii de cercetare precum:

- înlocuirea poliamidei ca material care stă la baza țesăturilor cu alte materiale

polimerice;

- modificarea tipului țesăturii (legătura de tip pânză) cu alte tipuri de țesături;

- studiul influenței altor oxizi utilizați ca materiale de acoperire nu doar asupra

comportării mecanice ci și termice a acestor materiale mai ales că utilizarea

siliconului se pare că devine incertă datorită faptului că procedeele de depunere

sunt neecologice;

- elaborarea unor modele matematice mai apropiate de comportarea reală a acestor

materiale decât cele existente în momentul de față;

- realizarea unor subrutine de material specifice fiecărui tip de țesătură și acoperire

care să țină cont de toate solicitările la care sunt supuse aceste materiale;

- realizarea de studii reologice care să pună în evidență comportarea la frecare a

acestor materiale.

Ing. Mihaela Emilia OLEKSIKdoctorate.ulbsibiu.ro/wp-content/uploads/Oleksik-rezumat_romana.pdf ·...

Documents

Transcript of Ing. Mihaela Emilia OLEKSIKdoctorate.ulbsibiu.ro/wp-content/uploads/Oleksik-rezumat_romana.pdf ·...